AFM (Atomic force microscope)

AFM (Atomic force microscope)

Una variante dell’STM (Scanning tunneling microscope), proposta nel 1986 da Gerd Binning, Calvin F. Quate e Christoph Gerber. L’AFM è in grado di misurare forze atomiche e quindi di giungere a fornire immagini relative a qualsiasi tipo di materiale fino alla scala nanometrica, cioè fino alle dimensioni di un atomo di carbonio (ca. 0,25 nm). È costituito da una punta a stilo montata su un elemento elastico detto cantilever e affacciata sul campione da esaminare. L’AFM consente di misurare la forza di interazione fra la punta e il campione e di costruire una mappa bidimensionale della superficie di quest’ultimo al variare della deflessione del cantilever, opportunamente stabilizzato da un trasduttore piezoelettrico. Il cantilever è tipicamente realizzato in nitruro di silicio o quarzo metallizzato mentre la punta è generalmente costituita da diamante o carbonio amorfo. I primi AFM consistevano di una punta di diamante attaccata a una lamina d’oro che entrava direttamente a contatto con la superficie tramite le forze di van der Waals e impiegavano per la rilevazione della deflessione verticale un STM posto sul cantilever. Più recentemente, al posto dell’STM, si fa uso di un laser focheggiato sulla cima del dorso lucido del cantilever: il raggio viene così riflesso al variare della deflessione del cantilever su un rivelatore sensibile alle variazioni di posizione. Quest’ultima modalità consente una maggiore sensibilità (dell’ordine di 10⁻¹² N), una maggiore robustezza nei confronti di piccole imperfezioni (drift) del cantilever e una velocità di scansione nettamente superiore. La risoluzione verticale è tuttavia inferiore rispetto all’impiego di STM. Grazie alla sua versatilità, l’AFM è impiegato in un vasto campo di settori con caratteristiche che variano con la specifica applicazione richiesta. Le tre principali modalità differiscono in base al tipo di interazione della punta con la superficie: (a) tramite contatto (modalità a contatto); (b) entrando in risonanza con essa (modalità senza contatto); (c) avendo un contatto solo per brevi periodi, così da evitare il problema del blocco della punta sulla superficie che può verificarsi in particolari condizioni ambientali (modalità a contatto dinamico o intermittente). Rispetto al microscopio elettronico l’AFM ha il vantaggio di fornire un reale profilo tridimensionale della superficie scansionata e di poter essere impiegato in pressoché qualsiasi condizione ambientale e senza bisogno di particolari preparazioni. Ciò lo rende ideale per l’impiego nello studio microscopico di molecole biologiche o di organismi viventi. Rispetto al microscopio elettronico, tuttavia, ha lo svantaggio di fornire immagini di dimensioni inferiori, di dipendere fortemente dal raggio di curvatura della sonda e di richiedere tempi di scansione molto più lunghi.

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